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Java实现对称密钥算法

code • 2022-5-6 • java • 阅读 35

Java实现对称密钥算法,第1张

  • 简介

        对称密钥算法（英语：Symmetric-key algorithm）又称为对称加密、私钥加密、共享密钥加密，是密码学中的一类加密算法。这类算法在加密和解密时使用相同的密钥，或是使用两个可以简单地相互推算的密钥。事实上，这组密钥成为在两个或多个成员间的共同秘密，以便维持专属的通信联系。与公开密钥加密相比，要求双方获取相同的密钥是对称密钥加密的主要缺点之一。

        常见的对称加密算法有AES、ChaCha20、3DES、Salsa20、DES、Blowfish、IDEA、RC5、RC6、Camellia。对称加密的速度比公钥加密快很多，在很多场合都需要对称加密。

  • 对称加密算法消息传递图示

  • 对称密钥算法--DES

        DES算法在98年之后不断的被破解，当下DES的加密已经不具备安全性了，所以现在一个新项目或者没有使用过加密算法的应用，在加密算法选型的时候不用考虑DES算法。DES目前只出现在一些介绍、案例或者一些遗留的软件或者硬件中。

        在这里介绍下DES算法，因为DES在加密算法（尤其是对称加密算法）中的地位是非常高的。

        DES（Data Encryption Standard）数据加密标准

密钥长度默认工作模式填充方式实现方

56

56

ECB、CBC、PCBC、CTR、CTS、CFB、CFB8到128、OFB、OFB8到128

NoPadding、

PKCS5Padding、

ISO10126Padding

JDK

64

56

ECB、CBC、PCBC、CTR、CTS、CFB、CFB8到128、OFB、OFB8到128

PKCS7Padding、

SO10126d2Padding、

X032Padding、

ISO7816d4Padding、

ZeroBytePadding

Bouncy

Castle

        DES加密示例：

package com.bity.des;

import org.apache.commons.codec.binary.Hex;

import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;

import static java.lang.System.*;

/**
 * 
Title: JdkDes

 * 
Description: DES加密算法 

 * 
Company: http://www.agree.com

 * 
Project: security

 *
 * @author WEIQI
 * @version 1.0
 * @date 2022-04-26 20:21
 */
public class JdkDes {
    
    private static final String SRC = "I'm DES encryption algorithm";
    
    public static void main(String[] args) {
        jdkDes();
    }
    
    /**
     * JDK-DES对称密钥算法实现
     * 
     * @author: WEIQI
     * @date: 2022-04-26 20:41
     */
    private static void jdkDes() {
        try {
            // generator KEY
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DES");
            keyGenerator.init(56);
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded();
            
            // convert KEY
            DESKeySpec desKeySpec = new DESKeySpec(bytesKey);
            SecretKeyFactory secretKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DES");
            Key convertSecureKey = secretKeyFactory.generateSecret(desKeySpec);
            
            // encryption
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("DES/ECB/PKCS5Padding");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, convertSecureKey);
            byte[] result = cipher.doFinal(SRC.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            
            out.println("encryption result is : " + Hex.encodeHexString(result));
            
            //decrypt
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, convertSecureKey);
            result = cipher.doFinal(result);
    
            out.println("decrypt result is : " + new String(result));
        } catch (NoSuchAlgorithmException | InvalidKeyException | InvalidKeySpecException | NoSuchPaddingException | IllegalBlockSizeException | BadPaddingException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

        运行结果如下 ：

encryption result is : 97919bd6b4d1590e773fdc1100564f1fecb6d585cb80015b080bb75c29f15d4d
decrypt result is : I'm DES encryption algorithm

        DES加密算法消息传递如下所示： 

  • 对称密钥算法--3重DES

        3重DES的出现是因为DES算法是半公开的，这点恰好违反了柯克霍夫原则，安全性也有问题。3重DES对密码长度做了增强、迭代次数进行了提高，是目前实际应用中用得最多的。

        3DES（Triple DESDESede）

密钥长度默认工作模式填充方式实现方

112

、

168

168

ECB、CBC、PCBC、CTR、CTS、CFB、CFB8到128、OFB、OFB8到128

NoPadding、

PKCS5Padding、

ISO10126Padding

JDK

128

、

192

168

ECB、CBC、PCBC、CTR、CTS、CFB、CFB8到128、OFB、OFB8到128

PKCS7Padding、

SO10126d2Padding、

X032Padding、

ISO7816d4Padding、

ZeroBytePadding

Bouncy

Castle

        DES加密示例：

package com.bity.des;

import org.apache.commons.codec.binary.Hex;

import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.DESKeySpec;
import javax.crypto.spec.DESedeKeySpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;

import static java.lang.System.out;

/**
 * 
Title: Jdk3Des

 * 
Description: 3DES加密算法实践 

 * 
Company: http://www.agree.com

 * 
Project: security

 *
 * @author WEIQI
 * @version 1.0
 * @date 2022-04-26 20:55
 */
public class Jdk3Des {
    private static final String SRC = "I'm 3DES encryption algorithm";
    
    public static void main(String[] args) {
        jdk3Des();
    }
    
    /**
     * JDK-DES对称密钥算法实现
     *
     * @author: WEIQI
     * @date: 2022-04-26 20:41
     */
    private static void jdk3Des() {
        try {
            // generator KEY
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("DESede");
            keyGenerator.init(168);
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded();
            
            // convert KEY
            DESedeKeySpec desKeySpec = new DESedeKeySpec(bytesKey);
            SecretKeyFactory secretKeyFactory = SecretKeyFactory.getInstance("DESede");
            Key convertSecureKey = secretKeyFactory.generateSecret(desKeySpec);
            
            // encryption
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("DESede/ECB/PKCS5Padding");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, convertSecureKey);
            byte[] result = cipher.doFinal(SRC.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            
            out.println("encryption result is : " + Hex.encodeHexString(result));
            
            //decrypt
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, convertSecureKey);
            result = cipher.doFinal(result);
            
            out.println("decrypt result is : " + new String(result));
        } catch (NoSuchAlgorithmException | InvalidKeyException | InvalidKeySpecException | NoSuchPaddingException | IllegalBlockSizeException | BadPaddingException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

        运行结果： 

encryption result is : c44fb80f098ba6d601032abd18b71cee83f7b533b053c227350cfc89892143cb
decrypt result is : I'm 3DES encryption algorithm

  • 对称密钥算法--AES

        由于DES安全性没有了保证，3DES性能比较低，所以出现了AES对称加密算法。AES是目前使用最多的对称加密算法，AES至今尚未被破解。该算法通常用于移动通信系统的加密以及基于SSH协议的软件。

        AES（Advanced Encryption Standard）

密钥长度默认工作模式填充方式实现方

128、192、256

128

ECB、CBC、PCBC、CTR、CTS、CFB、CFB8到128、OFB、OFB8到128

NoPadding、

PKCS5Padding、

ISO10126Padding

JDK

128、192、256

128

ECB、CBC、PCBC、CTR、CTS、CFB、CFB8到128、OFB、OFB8到128

PKCS7Padding、

ZeroBytePadding

Bouncy

Castle

        这里注意：JDK实现方256位密钥需要获得无政策限制权限文件。无政策限制文件是指因为某些国家的进口管制限制，Java发布的运行环境包中的加解密有一定的限制。

        AES加密示例：


package com.bity.aes;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.KeyGenerator;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKey;
import javax.crypto.spec.SecretKeySpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;

import static java.lang.System.*;

/**
 * 
Title: JdkAes

 * 
Description: 

 * 
Company: http://www.agree.com

 * 
Project: security

 *
 * @author WEIQI
 * @version 1.0
 * @date 2022-04-26 21:09
 */
public class JdkAes {
    private static final String SRC = "I'm AES encryption algorithm";
    
    public static void main(String[] args) {
        jdkAes();
    }
    
    /**
     * JDK-AES加密实现
     * 
     * @author: WEIQI
     * @date: 2022-04-26 21:17
     */
    private static void jdkAes() {
        
        try {
            // generator KEY
            KeyGenerator keyGenerator = KeyGenerator.getInstance("AES");
            keyGenerator.init(128);
            SecretKey secretKey = keyGenerator.generateKey();
            byte[] bytesKey = secretKey.getEncoded();
    
            // convert KEY
            Key key = new SecretKeySpec(bytesKey, "AES");
            
            // encryption
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("AES/ECB/PKCS5Padding");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key);
            byte[] result = cipher.doFinal(SRC.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
    
            out.println("aes encryption result is : " + Base64.encodeBase64String(result));
            
            //decrypt
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key);
            result = cipher.doFinal(result);
            
            out.println("aes decrypt result is : " + new String(result));
        } catch (NoSuchAlgorithmException | NoSuchPaddingException | InvalidKeyException | IllegalBlockSizeException | BadPaddingException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

        运行结果： 


aes encryption result is : zbnnZOB0dwJH4V/zeNVbOEjDR5/ltFZXkqqZY7Y+JHw=
aes decrypt result is : I'm AES encryption algorithm

  • 对称密钥算法--PBE

        PBE算法结合了消息摘要算法和对称加密算法的优点，对已有算法进行包装，形成了一个特殊的对称加密算法。

        PBE算法消息通信

        PBE（Password Based Encryption）基于口令的加密 

算法密钥长度默认工作方式填充方式实现
PBEWithMD5AndDES6464

CBC

PKCS5Padding

PKCS7Padding

ISO10126Padding

ZeroBytePadding

BC

PBEWithMD5AndRC2112112
PBEWithSHA1AndDES6464
PBEWithSHA1AndRC2128128
PBEWithSHAAndIDEA-CBC128128
PBEWithSHAAnd2-KeyTripleDES-CBC128128
PBEWithSHAAnd3-KeyTripleDES-CBC128128

        PBE加密示例

package com.bity.pbe;

import org.apache.commons.codec.binary.Base64;

import javax.crypto.BadPaddingException;
import javax.crypto.Cipher;
import javax.crypto.IllegalBlockSizeException;
import javax.crypto.NoSuchPaddingException;
import javax.crypto.SecretKeyFactory;
import javax.crypto.spec.PBEKeySpec;
import javax.crypto.spec.PBEParameterSpec;
import java.nio.charset.StandardCharsets;
import java.security.InvalidAlgorithmParameterException;
import java.security.InvalidKeyException;
import java.security.Key;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.security.SecureRandom;
import java.security.spec.InvalidKeySpecException;

/**
 * 
Title: JdkPbe

 * 
Description: PBE算法实现 

 * 
Company: http://www.agree.com

 * 
Project: security

 *
 * @author WEIQI
 * @version 1.0
 * @date 2022-04-26 21:37
 */
public class JdkPbe {
    
    private static final String SRC = "I'm PBE encryption algorithm";
    
    public static void main(String[] args) {
        jdkPbe();
    }
    
    private static void jdkPbe() {
        try {
            // 初始化盐
            SecureRandom random = new SecureRandom();
            byte[] salt = random.generateSeed(8);
            
            // 口令和密钥
            String token = "Abcd1234!@#$";
            PBEKeySpec pbeKeySpec = new PBEKeySpec(token.toCharArray());
            SecretKeyFactory factory = SecretKeyFactory.getInstance("PBEWITHMD5andDES");
            Key key = factory.generateSecret(pbeKeySpec);
            
            // 加密
            PBEParameterSpec pbeParameterSpec = new PBEParameterSpec(salt, 100);
            Cipher cipher = Cipher.getInstance("PBEWITHMD5andDES");
            cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE, key, pbeParameterSpec);
            byte[] result = cipher.doFinal(SRC.getBytes(StandardCharsets.UTF_8));
            
            System.out.println("pbe encryption result is : " + Base64.encodeBase64String(result));
            
            // 解密
            cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE, key, pbeParameterSpec);
            result = cipher.doFinal(result);
            
            System.out.println("pbe decrypt reult is : " + new String(result));
        } catch (NoSuchAlgorithmException | InvalidKeySpecException | NoSuchPaddingException | InvalidKeyException | InvalidAlgorithmParameterException | IllegalBlockSizeException | BadPaddingException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
}

        运行结果：

pbe encryption result is : 1VcN0rTwdFxFgtKtedxnD2Zr3em8/tKWmg0vW1W6Abk=
pbe decrypt reult is : I'm PBE encryption algorithm

        以上就是对称加密算法的基本内容，在实际工作中可以根据业务需要，选择相应的对称加密算法对数据进行加密保护。

附加

        关于加解密相关系列文章会在微信公众号《编程之艺术》中每天连载分享，感兴趣的朋友可以关注下，可以及时获取最新文章连载信息。

                                                

 

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原文地址: http://outofmemory.cn/langs/795154.html

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